JP4999468B2 - Spiral tube manufacturing method and spiral tube manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、例えば空調機器の熱交換器などに好ましく用いることができる螺旋状の凹凸を有するスパイラル管の製造方法及びスパイラル管の製造装置に関するものである。 The present invention relates to a method of manufacturing a spiral tube having spiral irregularities and an apparatus for manufacturing a spiral tube that can be preferably used for, for example, a heat exchanger of an air conditioner.
従来の平滑な管材を捻り加工によりスパイラル管(スパイラル状コルゲート管)に形成したものとして、「外管は、外管端部を有し、可撓性を持たせるため、それぞれ同一の所定のピッチpを有する第1のスパイラルと第2のスパイラルとを互いに組み合わせた2条のスパイラル状コルゲート管から構成される。このことにより、平滑管と比べ、曲げ加工性が良くなるので、熱交換器をコイル状にする場合など平滑管では曲げることが困難な小さい曲げが要求される配管などに使用できる。」としたものがある(例えば特許文献1参照。)。 A conventional smooth tube material is formed into a spiral tube (spiral corrugated tube) by twisting. “The outer tube has an outer tube end and has the same predetermined pitch for flexibility. It is composed of two spiral corrugated pipes in which the first spiral having p and the second spiral are combined with each other, so that the bending workability is improved as compared with the smooth pipe. It can be used for piping that requires a small bend that is difficult to bend with a smooth tube, such as in the case of a coil. "(For example, see Patent Document 1).
上記のような従来の技術の場合、特許文献1にはスパイラル管(スパイラル状コルゲート管)の製造方法は特に記載されてはいないが、一般に平滑管を単に捻り加工することで管体の外形に同一の所定のピッチpを有する第1のスパイラルと第2のスパイラルとを互いに組み合わせた形状に加工する方法であったため、平滑管に存在する偏肉によってスパイラル部に形成される山と谷の形状寸法にばらつきを生じ、高精度に制御することは困難であるという課題があった。
In the case of the conventional technology as described above,
この発明は、上記のような従来技術の課題を解決するためになされたもので、スパイラルの山と谷の形状または寸法を高精度に形成し得る品質の高いスパイラル管の製造方法及びスパイラル管の製造装置を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems of the prior art, and a high-quality spiral tube manufacturing method and spiral tube manufacturing method capable of forming the shape or size of spiral peaks and valleys with high accuracy. The object is to provide a manufacturing apparatus.
この発明に係るスパイラル管の製造方法は、平滑な管材の周面に起点となる複数の凹部を形成した後、該凹部から所定距離離れた部分を捻るように回転させることにより該管材の周囲をスパイラル状の凹凸に形成するスパイラル管の製造方法において、上記起点となる凹部に、得られる凹凸に応じて予め成形された成形部材を押し付けた後、上記回転に連動させて上記成形部材を上記スパイラル状の凹部に添って移動させることを特徴とするものである。 In the spiral tube manufacturing method according to the present invention, after forming a plurality of recesses as starting points on the peripheral surface of a smooth tube material, the periphery of the tube material is rotated by rotating a portion away from the recess by a predetermined distance. In the method of manufacturing a spiral tube formed into spiral irregularities, after pressing a molding member previously molded in accordance with the obtained irregularities into the concave portion serving as the starting point, the molding member is connected to the spiral in conjunction with the rotation. It moves along a concave part of a shape.
また、この発明に係るスパイラル管の製造装置は、管材の一端部を保持する第1のチャック手段及びこの第1のチャック手段を回転させる駆動機構を有する第1チャック保持台と、上記管材の他端部を保持する第2のチャック手段を有し上記第1チャック保持台の方向に相対移動可能に設けられた第2チャック保持台と、上記第1チャック保持台及び第2チャック保持台の間に上記第1チャック保持台の方向に相対移動可能に設けられた第3のチャック手段及びこの第3のチャック手段を回転させる駆動機構を有する第3チャック保持台と、上記第3のチャック手段に固定され上記管材の周面に形成された複数の凹部に押し付けられて所定のスパイラルに成形するための成形部材とを備えたことを特徴とするものである。 The spiral tube manufacturing apparatus according to the present invention includes a first chuck means for holding one end of a pipe material, a first chuck holding base having a drive mechanism for rotating the first chuck means, and the pipe material. A second chuck holding table having a second chuck means for holding the end portion and provided so as to be relatively movable in the direction of the first chuck holding table; and between the first chuck holding table and the second chuck holding table. And a third chuck holding base having a third chuck means provided so as to be relatively movable in the direction of the first chuck holding base, a driving mechanism for rotating the third chuck means, and a third chuck means. And a molding member that is pressed against a plurality of concave portions formed on the peripheral surface of the pipe material and molded into a predetermined spiral.
この発明においては、平滑な管材の周面に形成した起点となる凹部に、得られる凹凸に応じて予め成形された成形部材を押し付けた後、上記回転に連動させて上記成形部材を上記スパイラル状の凹部に添って移動させるようにしたことにより、管材の凹凸を言わば強制的に整えることができるので、管材の偏肉に左右されず高精度なスパイラル管を製造できる。また、素材の偏肉を要因とする製造不良を改善できる。そのため、スパイラルのピッチのばらつき幅を小さくできることで、製品の品質を向上させることができる。 In this invention, after pressing a molding member that has been molded in advance according to the obtained irregularities into a concave portion that is a starting point formed on the peripheral surface of a smooth tube material, the molding member is moved in the spiral shape in conjunction with the rotation. Since it is possible to forcibly adjust the unevenness of the pipe material by moving it along the concave portion, it is possible to manufacture a highly accurate spiral tube regardless of the uneven thickness of the pipe material. Moreover, it is possible to improve manufacturing defects caused by uneven thickness of the material. Therefore, the quality of the product can be improved by reducing the variation width of the spiral pitch.
実施の形態1.
図1〜図5は本発明の実施の形態1によるスパイラル管の製造方法及びスパイラル管の製造装置を説明するもので、図1はスパイラル管の製造装置の概要構成を模式的に示す斜視図、図2(a)は図1の円Aで囲まれた第3のチャック手段と成形部材を拡大して模式的に示す斜視図、図2(b)は成形部材としてのローラーを模式的に示す正面図、図3は図2(b)のIII−III線における矢視断面図、図4は図1の製造装置によって得られたスパイラル管を示す部分断面図、図5は図1の製造装置によって得られたスパイラル管について測定されたスパイラルのピッチのばらつきを従来方法によるスパイラル管と比較して示すヒストグラム図である。なお、各図を通じて同一符号は同一部分を示すものとする。
1 to 5 illustrate a spiral tube manufacturing method and a spiral tube manufacturing apparatus according to
図において、スパイラル管の製造装置は、基準面10aを有する基体10の上面に、第1のチャック手段1を備えた第1チャック保持台11と、第2のチャック手段2を有し第1チャック保持台11の方向に矢印Bのように移動可能に設けられた第2チャック保持台21と、第1チャック保持台11及び第2チャック保持台21の間に上記第1チャック保持台11の方向に矢印Cのように移動可能に設けられた第3のチャック手段3を有する第3チャック保持台31と、第3のチャック手段3に固定された成形部材4を構成する例えば超硬合金、鉄鋼等の硬い金属を用いてなる3つのローラー41(41A、41B、41C)を備えている。なお、第1、第2、及び第3のチャック手段1、2、及び3の中心軸は矢印B、Cの方向と平行な同一の中心軸O上に設けられている。
In the figure, the spiral tube manufacturing apparatus includes a first
また、第1チャック保持台11は第1のチャック手段1を矢印Dの方向に回転させる駆動機構を内蔵し、第3チャック保持台31は第3のチャック手段3を矢印Eの方向に回転させる駆動機構を内蔵している(何れも図示省略)。第3のチャック手段3の一端面(図2の右側)には、中心軸Oと直交する面内でそれぞれ矢印Fのように何れも中心方向(及び放射方向)に移動可能に3つのローラー保持台32が中心軸Oのまわりに120°の等角度で設けられている。そして、3つのローラー41A、41B、41Cは、これら3つのローラー保持台32にそれぞれ固定された支持軸42(42A、42B、42C)に回動自在に取り付けられている。
The first
上記支持軸42A、42B、42Cは、例えば上記中心軸Oが水平に、ローラー41Aのローラー保持台32が鉛直方向に保持されているときに、水平面内に同一方向に所定角度、例えば30°傾斜され、かつ、各ローラー41A、41B、41Cとワークである管材5の外周面との当接部は中心軸Oの延在方向に略同一位置となるように配設されている。また、ローラー41(41A、41B、41C)は図3に示すように中心部に軸穴41aが設けられ、平滑な管材5の周面をスパイラル状に形成するための外周部41bは、捻り形状の山形状および谷形状を決定するもので、この例では断面半円状のR形状(曲面状)に形成されている。
The
次に、上記のように構成された実施の形態1の動作について、製造方法を含めて説明する。先ず、所望の長さ、例えば1m〜5mの任意長の表面(内外周面)が平滑な管材(典型的な例としては一般的な熱交換器用の銅パイプなど)の端部(他端部)近傍に、スパイラルの起点となる凹部を図示省略している押付治具により周面3箇所に従来方法と同様に形成する。次に図1に示す第1のチャック手段1に一端部側、第2のチャック手段2に他端部が位置するように、管材5を挿通し、第1のチャック手段1及び第2のチャック手段2共に締め付けて管材5を把持する。次に、全長が管材5の全長よりも長く、外径が管材5の内径よりも所定寸法小さい丸棒状の例えばステンレス棒などからなる芯金6を管材5の内部に挿入する。
Next, the operation of the first embodiment configured as described above will be described including the manufacturing method. First, an end portion (the other end portion) of a pipe material (typically, a copper pipe for a general heat exchanger, etc.) having a smooth surface (inner and outer peripheral surfaces) having a desired length, for example, an arbitrary length of 1 m to 5 m. ) In the vicinity, a recess serving as a starting point of the spiral is formed at three locations on the peripheral surface in the same manner as in the conventional method by a pressing jig not shown. Next, the
次に、ローラー41(41A、41B、41C)の各外周部41bが上記管材5に設けたスパイラルの起点となる凹部(図示省略)の位置と合致するように第3チャック保持台31を矢印C方向に移動させ、合致した位置で第3のチャック手段3に設けられた3つのローラー保持台32を矢印Fで示す中心軸Oの方向に、ローラー41の外周部41bの先端が中心軸Oから芯金6の半径に管材5の肉厚を加えた位置になるまでそれぞれ移動させ、3つのローラー41A、41B、41Cの各外周部41bが管材5に設けたスパイラルの起点となる凹部を押し付けた状態で該ローラー保持台32を図示省略している固定手段により第3のチャック手段3本体に固定する。このとき、ローラー41の外周部41bの先端形状が管材5の外形部に転写される。
Next, the third
具体例として、管材5として外径φ16mm、肉厚0.8mmの平滑な熱交換器用銅パイプ、芯金6として半径4.75mmのステンレス棒を用い、スパイラル管(スパイラル状コルゲート管)に捻り加工する際、ローラー41として、外周部41bのR形状の半径を約2〜3mmの範囲の所定値に形成したものを用い、外周部41bの先端と中心軸Oの距離を5.55mmに設定した。なお、これら形状や寸法に特別な制限はなく、所望により適宜変更できることは言うまでもない。
次に、第1のチャック手段1を矢印Dの方向に回転させると、管材5も同方向に捻られローラー41の外周部41bが当接している図示省略している凹部を起点にして図1の左方向にスパイラル状の捻り形状が形成されていく。
As a specific example, a smooth heat exchanger copper pipe with an outer diameter of φ16 mm and a wall thickness of 0.8 mm is used as the
Next, when the first chuck means 1 is rotated in the direction of the arrow D, the
上記スパイラルの形成と同時に管材5の長さが縮小し、その縮小によって第2のチャック手段2と第2チャック保持台21及び第3のチャック手段3と第3チャック保持台31は図1の左方向に相対的に移動する。このとき第3のチャック手段3を上記捻り加工で管材5の長さが短縮する速度と同期させて矢印Eの方向に回転させると、ローラー41(41A、41B、41C)が新たに形成されたスパイラルの凹部50aとの摩擦によって矢印G方向にそれぞれ従動回転し、ローラー41の外周部41bが管材5の第1のチャック手段1による把持位置までの略全長にわたり凹部50a内を移動することで、該凹部50aの形状、寸法、及び凸部50bの形状、ピッチP寸法が強制的に整えられ、精度に優れた周方向に3つの凹凸を有する所望の捻り形状のスパイラル管50が得られる。
Simultaneously with the formation of the spiral, the length of the
上記のような実施の形態1の製造装置及び製造方法によって得られたスパイラル管50と、成形部材4を用いない従来技術による同様形状のスパイラル管(図示省略)についてスパイラルのピッチPのばらつきをそれぞれ測定した結果が図5のヒストグラム図である。従来技術のスパイラル管は、図の左側のヒストグラムの通り、製品仕様の8.4mmに対して、ピッチPの範囲Hが7.0mm〜9.8mmのばらつきを示した。これに対し、実施の形態1によるスパイラル管50は、図の右側のヒストグラムの通り、製品仕様の8.4mmに対して、ピッチPの範囲Iは、8.0〜8.8mmとなり、ばらつき幅が小さいものであった。
Variations in the pitch P of the spiral are obtained for the
従来方法ではワークとしての管材5の偏肉が大きい場合、捻り加工すると管材5の円周断面上の捻りトルクの変動が大きくなるが、上記実施の形態1の製造方法では管材5の外形部を成形部材4としてのローラー41によって強制的に整えられるので、管材5の外形部の変形が緩和されるため、高精度なスパイラル管50を製造できる。
なお、上記実施の形態1で得られたスパイラル管50の凹凸の形状及び寸法が高精度に加工されたものは、例えばスパイラル管50の凹部50a内に収容し得る外径のキャピラリー管(図示省略)を巻付機で凹部50aに添って巻き付け、スパイラル管50の内部に例えば水などの第1の冷媒、キャピラリー管に第2の冷媒、例えば液化CO2などの自然冷媒を通流する熱交換器を構成する場合に、巻付機が途中でストップしたり巻付け不良を生じることなくスムーズに加工することができると言う顕著な利点がある。
In the conventional method, when the uneven thickness of the
The
なお、スパイラル管50の用途、熱交換器の構成の仕方、熱交換器を構成した場合に用いる冷媒の種類など、何れも上記例示したものに限定されないことは当然である。また、好ましく用いられるローラー41の材質として超硬合金あるいは鉄鋼を例示したが、材質は特に限定されるものではなく、ヤング率が約200GPa以上の金属であれば特別な制限無く一般的な材料から適宜選択して用いることができるので、ローラー部分の製造コストを低減することも可能である。また、ローラー41をワークのまわりに3つ配設し、円周方向に3つのスパイラル状の凹凸を形成したが、ローラー41の数を2つ、または4つ以上にして、凹凸の数を変更することもできる。
Of course, the use of the
上記のように実施の形態1によれば、平滑な管材5の周面に起点となる複数の凹部を形成した後、第3のチャック手段3に設けられ、所望のスパイラルの凹凸を成形する成形部材としてのローラー41を該凹部に押し付け、第1のチャック手段1の回転に連動させて第3のチャック手段3を回転させ、ローラー41を凹部に押し付けて回転させながらチャック手段1の方向に移動させるようにしたことにより、スパイラルの凹凸の形状、寸法が高精度なスパイラル管を製造することができる。また、管材5の偏肉を要因とする製造不良を改善できるため、品質および信頼性を向上させることができる。さらに従来、製品仕様を満足させるため、偏肉が小さい特別仕様の管材を選別して用いていたが、偏肉を無視して一般仕様の管材を使用できるので、材料コストの低減もできる。
As described above, according to the first embodiment, after forming a plurality of recesses as starting points on the peripheral surface of the
実施の形態2.
図6はこの発明の実施の形態2によるスパイラル管の製造装置に用いる成形部材を構成するローラーを示す断面図であり、図2(b)のVI−VI線における矢視断面図に相当する。図において、ローラー42は、回転中心部に実施の形態1と同様の軸穴42aが設けられ、外周部42bは頂部が平らな断面山形状に形成され、突出部分の傾斜角度θは約120〜130°程度に形成されている。その他の構成は上記実施の形態1と同様であるので、図示及び構成の説明を省略する。
成形部材4として上記のような断面山形状の外周部42bを有するローラー42を用いた場合には、得られるスパイラル管の凹部も断面山形状に形状され(図示省略)、実施の形態1と同様、スパイラルの凹凸の形状、寸法が高精度なスパイラル管を得ることができる。要するに、成形部材として用いるローラーの形状は特に限定されるものではなく、要求されるスパイラル管の凹凸形状に応じて適宜変更することができる。
6 is a cross-sectional view showing a roller constituting a forming member used in a spiral tube manufacturing apparatus according to
When the
実施の形態3.
図7はこの発明の実施の形態3によるスパイラル管の製造装置に用いる成形部材としての成形駒を装着した第3のチャック手段を模式的に示す斜視図である。図において、第3のチャック手段3の一端面には、中心軸Oに直交する面内でそれぞれ矢印Fのように何れも中心方向(及び放射方向)に移動可能な3つの保持台33が中心軸Oのまわりに120°の等角度で設けられている。保持台33の中心側端面部にはスパイラル状の凹部の形状、寸法を規制するための成形駒43がそれぞれ1個ずつ所定角度で固着されている。その他の構成は上記実施の形態1と同様であるので、図示及び構成の説明を省略し、以下、動作について図1も参照して説明する。
FIG. 7 is a perspective view schematically showing a third chuck means equipped with a forming piece as a forming member used in a spiral tube manufacturing apparatus according to
上記のように構成された実施の形態3においては、実施の形態1または2と同様に管材をセットした後、第3のチャック手段3に設けた保持台33を中心軸Oの方向に移動させ、成形駒43の先端部が管材5の中心から5.55mmの位置に達するまで移動させ、該管材5の起点となる凹部(図示省略)に押し付けることで、成形駒43の先端形状を管材5の外形部に転写させる。その後、第1のチャック手段1を矢印D方向に回転させると共に、連動して第3のチャック手段3を同方向に回転させることでスパイラル状の凹部内を成形駒43が移動し、管材5の外形部のスパイラル形状を高精度に形成することができる。また、管材5の偏肉を無視できるので、材料コストを低減でき、管材5の偏肉を要因とする製造不良を改善できるため、品質および信頼性を向上させることができるなど、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
In the third embodiment configured as described above, after setting the tube material in the same manner as in the first or second embodiment, the holding
実施の形態4.
図8〜図11は本発明の実施の形態4によるスパイラル管の製造方法及び製造装置を説明するもので、図8はスパイラル管の製造装置の概要構成を模式的に示す斜視図、図9は図8の円Jで囲まれた第3のチャック手段及び成形部材としての成形ダイスを拡大して示す図で、図9(a)は成形ダイスを固定した状態を模式的に示す斜視図、図9(b)は成形ダイスを示す正面図である。図10は図9に示された第3のチャック手段に組込まれた成形部材としての成形ダイスを示す断面図であり、図9(b)のX−X線における矢視断面図に相当する。図11は図8の製造装置で加工されたスパイラル管を示す部分側面図である。
8 to 11 illustrate a spiral tube manufacturing method and manufacturing apparatus according to
図において、第3のチャック手段30は実施の形態1と同様に配設された第3チャック保持台31に対し矢印K方向に回転可能に設けられ、図9の矢印Lのように図の上下方向に分割可能な機構(図示省略)を備えている。該第3のチャック手段30の内部には、成形部材としての同様に上下方向に2分割可能な成形ダイス44が固定されている。成形ダイス44は、得られるスパイラル管の谷形状を形成する谷形状形成部44aと、山形状を形成する山形状形成部44bとが先細りの螺旋状に複数条備えられており、平滑な管材5に対して捻り形状を段階的に形成する構造である。そして、中心部から図9の矢印L方向に2分割で開閉できる機構(図示省略)を備えており、上記第3のチャック手段30と一体化されている。その他の構成は実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
In the figure, the third chuck means 30 is provided so as to be rotatable in the direction of the arrow K with respect to the third
次に、上記のように構成された実施の形態4の製造装置によるスパイラル管の製造方法について説明する。先ず、実施の形態1と同様の銅パイプからなる管材5の他端部近傍(図8の右端部中央寄り)を公知の加工手段によって成形ダイス44の内径と同程度又は若干太い程度に細径化する。次に、第3のチャック手段30及び成形ダイス44を矢印L方向に開き、管材5の細径化部分が開いた成形ダイス44上に位置するように配置した後、第3のチャック手段30及び成形ダイス44を閉じ、さらに管材5の一端部(図8の左側)を第1のチャック手段1に、他端部を第2のチャック手段2にそれぞれ把持する。
Next, the manufacturing method of the spiral pipe | tube by the manufacturing apparatus of
次に管材5の内部に実施の形態1と同様の丸棒状の芯金6を挿入し、次いで第1のチャック手段1及び第2のチャック手段2を固定した状態で第3のチャック手段30を矢印K方向に回転させると、成形ダイス44の谷形状形成部44aと山形状形成部44bが管体5の内外周面をスパイラル状に成形しながら管材5の第1のチャック手段1による把持位置までの略全長にわたり移動することで、図11に示す周方向に複数条(この場合2条)の凹凸を有するスパイラルの凹凸形状、及びピッチ寸法が規制され、精度に優れた所望の捻り形状のスパイラル管51が得られる。なお、第2のチャック手段2は管材5の長さが短縮する速度と同期して第1のチャック手段1の方向に移動する。
Next, the same round bar-shaped cored
上記のように実施の形態4によれば、スパイラル管の凹凸形状の加工に成形ダイス44を用いたことにより、得られるスパイラル管51の外形部の形状を高精度化できる。また、実施の形態1と同様に素材である管材5の偏肉を無視できるので、材料コストを低減できる。また、管材の偏肉を要因とする製造不良を改善できるため、品質および信頼性を向上させることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, by using the forming
なお、上記実施の形態の説明では、得られるスパイラル管50の外周部の凹部50a内にキャピラリー管を巻付けた形態の熱交換器について例示したが、これに限定されるものではなく、例えばスパイラル管を他の管材の内部に収容した2重管式の熱交換器などとして構成することも自由である。また、この発明を熱交換器に用いる場合について説明したが、スパイラル管の用途は必ずしも熱交換器に限定されるものではない。その他、上記実施の形態では第1チャック保持台11を固定し、第2及び第3チャック保持台21、31を移動可能に構成したが、例えば任意の1つのチャック保持台を固定し、他のチャック保持台を相対移動可能に構成するなど、この発明の範囲内で種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。
In the description of the above embodiment, the heat exchanger in the form in which the capillary tube is wound in the concave portion 50a of the outer peripheral portion of the
10a 基準面、 10 基体、 1 第1のチャック手段、 11 第1チャック保持台、 2 第2のチャック手段、 21 第2チャック保持台、 3、30 第3のチャック手段、 31 第3チャック保持台、 32 ローラー保持台、 33 保持台、 4 成形部材、 41(41A、41B、41C) ローラー、 41a 軸穴、 41b 外周部、 42(42A、42B、42C) 支持軸、 42a 軸穴、 42b 外周部、 43 成形駒、 44 成形ダイス、 44a 谷形状形成部、 44b 山形状形成部、 5 管材、 50、51 スパイラル管、 50a 凹部、 50b 凸部、 6 芯金、 O 中心軸。 10a Reference surface, 10 substrate, 1 first chuck means, 11 first chuck holding table, 2 second chuck means, 21 second chuck holding table, 3, 30 third chuck means, 31 third chuck holding table , 32 roller holder, 33 holder, 4 molding member, 41 (41A, 41B, 41C) roller, 41a shaft hole, 41b outer periphery, 42 (42A, 42B, 42C) support shaft, 42a shaft hole, 42b outer periphery , 43 molding pieces, 44 molding dies, 44a valley shape forming portion, 44b mountain shape forming portion, 5 pipe material, 50, 51 spiral tube, 50a concave portion, 50b convex portion, 6 cored bar, O central axis.
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